紅火蟻如何在水面結筏? 清華大學推翻表面張力說 | 生活新聞 | 20240313 | match生活網

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紅火蟻如何在水面結筏? 清華大學推翻表面張力說
今傳媒     2024/03/13 20:32


【今傳媒/記者黃誌寬報導】當洪水淹沒紅火蟻的蟻巢時,牠們會抱團漂浮在水面上結筏。清華大學物理系教授洪在明一舉推翻了表面張力說。研究結果顯示,紅火蟻群能在水上結筏,是一種生物的活性自我修復機制,且很有可能是透過費洛蒙的聯繫來抓住彼此、結成網筏。



洪在明領導的軟物質研究團隊研究發現,即使把紅火蟻結成的蟻筏拉長,蟻群可透過動員上層來填補下層,使得蟻筏不會變窄、變薄,展現出人造材料難以達成的特性。未來如應用在新型仿生彈性材料上,可能開發出如科幻電影中,可自由組合、外在型態能在液態和固態任意之間轉換的微型機器人大軍。



這項研究主題1月登上《物理評論E》(Physical Review E)期刊,引起科學界關注,大家都對像固體又像液體的紅火蟻筏機制感到好奇,登上了CNN、法國世界報等美、法、德、英多家國際媒體。



洪在明曾聽過一場生物學家的演講,提到紅火蟻會在水面結筏是因為表面張力。這令他感到懷疑,為深入研究紅火蟻獨特的結筏行為,研究團隊透過新竹市政府產業發展處的協助,前往農民提報紅火蟻危害的地區捕捉牠們來進行實驗。參與研究的碩士生鄭又銓得知他外婆家田地也有紅火蟻,還麻煩母親萬美雲幫忙「外送」,也令團隊十分感激。

研究團隊設計了一連串實驗,發現其他種類的螞蟻不會在水上結筏、死掉的紅火蟻在水面上也無法結筏,且紅火蟻在乾式的震盪台上也能自動結筏,一舉推翻了紅火蟻是因水的表面張力才結成筏的說法。

團隊發現,當紅火蟻巢被水淹沒時,蟻群會用大顎和腳抓住彼此,形成多層織網般的結構,即可如同船筏浮在水面。深入觀察蟻筏結構還可以發現,筏面上的工蟻們會一步步從筏的中心往邊緣移動,輪流下水到筏的底部,就像跑步機的跑帶一樣上下循環輪替;至於蟻后和卵、幼蟲等「乘客」則始終安坐筏上,漂流尋找登陸的機會。

且筏面一旦出現缺損,就會有工蟻自動填補上來。洪在明聯想到,如果能解開紅火蟻結筏求生的機制,就有可能研發出像固態、又像液態,可自動修復、又能集體遷徒的活性仿生材料。比如人工韌帶,就需要拉伸時不致斷裂的彈性材料。

清華物理系博士生陳中皓是紅火蟻實驗的主要設計者,為了做這些實驗,他得身先士卒,「紅火蟻咬人時會蜷曲起身體,同時用大顎和尾端毒針攻擊,被咬到的感覺就像火燒一樣,皮膚上的膿包往往得腫一個禮拜。」但長達兩年的實驗下來,他也像武俠小說裡練「五毒掌」一樣,逐漸對紅火蟻的叮咬免疫。

紅火蟻到底如何聯繫結筏,還有許多未解的謎團。洪在明推測,紅火蟻在進化過程中,演化出在遇到危險時分泌特殊費洛蒙的功能,來示警並組織聯繫。要徹底解開這個生物訊息機制之謎,還有待生物學家進一步研究。

(資料來源:今傳媒)